CN114922642A - 一种土压-泥水双模联络通道掘进机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及土层或岩层掘进设备，特别是涉及到了一种土压‑泥水双模联络通道掘进机。该土压‑泥水双模联络通道掘进机包括主机及其配套系统，主机包括支护装置、开挖装置及驱动装置，开挖装置后方设有土仓，土仓配置有用于出渣的螺旋输送机和泥水环流系统，配套系统包括主机后配套系统和主机接收移动平台，主机后配套系统包括机电液模块、主机始发模块、物料中转模块和泥水环流系统配套模块，泥水环流系统配套模块为选装模块，并配置有用于从后端向物料中转模块传递物料的物料中转装置。本发明通过将现有的土压平衡联络通道掘进机与泥水平衡联络掘进机组合，可适应不同地质条件的开挖，大大降低了联络隧道的开挖成本。

Description

一种土压-泥水双模联络通道掘进机

技术领域

本发明涉及土层或岩层掘进设备，特别是涉及到了一种土压-泥水双模联络通道掘进机。

背景技术

为了满足后期服务、避险等需求，双线隧道每间隔一定距离需要设计联络通道。《地铁设计规范》中更是直接规定了“两条单线区间隧道之间应设联络通道，相邻联络通道的距离不大于600m”。因此隧道施工过程中联络通道的建设体量非常大。传统开挖联络通道的方式为矿山法开挖，需要经过加固地层、止水、人工开挖等步骤，不仅施工效率低、施工成本高，而且极大的威胁着施工人员的人身安全。

针对上述问题，公告号为CN106437735B，公告日为2018年6月1日的专利提供了一种隧道联络通道用盾构机及其联络通道掘进方法。所述的联络通道用盾构机包括主机和配套系统。所述主机包括支护部分、掘进部分、驱动部分以及出渣部分。所述支护部分具体采用的是盾体，掘进部分采用的是刀盘，驱动部分是与所述刀盘传动连接的马达，盾体内设有隔板，隔板位于刀盘后方处，驱动部分安装于所述隔板上，隔板与盾体、刀盘之间围成了土仓。出渣部分采用的是螺旋输送机，螺旋输送机的前端安装在土仓隔板的底部，通向土仓，用于将掘进过程中产生的渣土输送至后方，以供相应的渣土运输装置运出至主隧道外。配套系统包括始发端支撑行走平台、接收端支撑行走平台，接收端行走平台与始发端行走平台分设于两主隧道内，分别用于为主机的始发和接收。始发端行走平台上设有液压系统、电气系统、控制系统、渣土改良系统和排渣系统。该联络通道用盾构机虽然实现了联络通道的盾构法开挖，但是由于是采用螺旋输送机出渣，在高水压地层存在喷涌的风险。

申请公布号为CN113482646A，公布日为2021年10月8日的专利申请公开了一种联络通道用泥水平衡盾构机，与上述联络通道用盾构机不同，该联络通道用泥水平衡盾构机的出渣部分采用了泥水环流系统，泥水环流系统包括主隧道内的进浆管和排浆管，进浆管和排浆管的前端均连接于主机的泥水仓，使用时通过泥浆泵等装备实现出渣，因此可适用于高水压地层的开挖。但是由于受到主机结构及出渣部分结构的限制，该联络通道用泥水平衡盾构机无法适用于浅水地层的开挖。

通过以上介绍可知，目前的联络通道用盾构机要么只能适用于浅水地层开挖，要么只能适用于高水压地层的开挖。而双线隧道的主隧道延伸距离往往较长，会经过不同的地层地质环境，即同一双线隧道的不同联络通道中，可能存在一部分位于潜水地层，另一部分位于高水压地层。尤其是在联络通道施工时，土压平衡联络通道掘进机能够适应大多数联络通道的施工工况，少数大埋深高水压联络通道需要采用泥水平衡模式施工。联络通道一般比较短，一个标段内包含几条联络通道，如果标段内有一条联络通道水压较大，则土压平衡模式掘进机因不能满足全部工况，而不具备这个标段施工条件；若采用现有的联络通道掘进机，则需将不类型的掘进机分别配齐才可，单模式泥水掘进机需求不大，单独采购会极大增加施工成本。

发明内容

本发明的目的在于提供一种土压-泥水双模联络通道掘进机，以解决现有联络通道掘进机无法适应不同地质条件的开挖而导致的联络隧道开挖成本高的问题。

为了解决上述问题，本发明的土压-泥水双模联络通道掘进机采用以下技术方案：一种土压-泥水双模联络通道掘进机，包括主机及其配套系统，所述主机包括支护装置、开挖装置及驱动装置，所述开挖装置后方设有土仓，所述土仓后侧配置有用于出渣的螺旋输送机和泥水环流系统，所述配套系统包括主机后配套系统和主机接收移动平台，所述主机后配套系统包括机电液模块、主机始发模块、物料中转模块和泥水环流系统配套模块，所述泥水环流系统配套模块为选装模块，并配置有用于从后端向物料中转模块传递物料的物料中转装置。

有益效果：与现有的联络通道掘进机相比，本发明的土压-泥水双模联络通道掘进机将土压平衡掘进机与泥水平衡掘进机进行了组合，一方面为主机分别配置了螺旋输送机和泥水环流系统，泥水环流系统配套模块被设为了选装模块，使得主机既可以通过螺旋输送机排渣而采用土压模式掘进，又可以通过泥水环流系统出渣而采用泥水模式掘进，而且在采用土压模式掘进时，可将泥水环流系统配套模块整体卸下留在地面，无需进行下始发井、组装等环节，不会对土压模式掘进带来任何负担，当采用泥水模式掘进时，泥水环流系统配套模块上的物料中转装置能够在主隧道物料系统与物料中转模块之间转移掘进所需的物料，与机电液模块、主机始发模块、物料中转模块形成泥水平衡掘进机，实现了机电液模块、主机始发模块、物料中转模块的共用。综上所述，本发明的土压-泥水双模联络通道掘进机，通过将现有的土压平衡联络通道掘进机与泥水平衡联络掘进机组合，节省了一套机电液模块、主机始发模块、物料中转模块，并且达到了土压-泥水模式可选的效果，可适应不同地质条件的开挖，大大降低了联络隧道的开挖成本。

更进一步地，所述泥水环流系统包括进浆管和排浆管，所述土仓的土仓隔板上设有用于与进浆管连接的进浆接头以及用于与排浆管连接的排浆接头。进浆接头及排浆接头能够实现与进浆管和排浆管的快速连接。

更进一步地，所述进浆接头上设有用于与进浆管连接的可拆连接结构，所述排浆接头上设有用于与排浆管可拆连接的可拆连接结构。可拆连接结构能够实现进浆管和排浆管的快速拆装，为掘进机的土压-泥水模式的切换带来方便。

更进一步地，所述排浆管以所述螺旋输送机配套的螺机支座为排浆接头。排浆管以螺旋输送机的螺机支座为排浆接头时，与另设一个排浆接头相比，一方面可节省一个排浆接头，另一方面可充分利用螺机支座位置较低的优势，实现高效排浆，同时也避免了螺机支座与排浆接头位置互相干涉的问题。

更进一步地，进浆管上设有用于控制通断的进浆阀，所述排浆管上设有用于控制通断的排浆阀。进浆阀/排浆阀能够实现对进浆管/排浆管的快速通断控制，从而在进行土压模式掘进时，可不必再拆卸进浆管和排浆管。

更进一步地，所述排浆管与进浆管之间设有旁通阀。

更进一步地，所述泥水环流系统配套模块包括泥浆泵拖车和泥水分离拖车。泥浆泵拖车与泥水分离拖车独立设置，一方面可便于泥浆泵和泥水分离设备的布置，另一方面还可以灵活掌握二者之间的距离，以适应不同的工程需求，例如可将泥水分离拖车放在主隧道或者地面。

更进一步地，所述泥水分离拖车为用于布置在主隧道始发井井上的地面拖车。当联络通道与主隧道的始发井距离较近时，将泥水分离拖车设为地面拖车可进一步减少下井的设备的数量，提高效率。

更进一步地，所述泥浆泵拖车与所述泥水分离拖车之间设有中继泵。

更进一步地，所述物料中转装置为设于所述泥浆泵拖车和泥水分离拖车上的，用于主隧道内的物料运输系统配套使用的轨道。

更进一步地，所述的轨道通过压块固定安装于所述泥浆泵拖车和泥水分离拖车上。轨道通过压块固定安装于所述泥浆泵拖车和泥水分离拖车，有助于实现快速拆装。

更进一步地，所述主机始发模块以及物料中转模块上分别设有用于连接泥水环流系统配套模块与土仓的泥浆中转管路。主机始发模块以及物料中转模块上布置泥浆中转管路，可直接与泥水环流系统配套模块连接，简化泥水模式掘进时的布管工艺。

附图说明

图1是采用本发明的土压-泥水双模联络通道掘进机的实施例1开挖联络通道的断面示意图；

图2是本发明的土压-泥水双模联络通道掘进机的实施例1中的主机在土压模式下的示意图；

图3是本发明的土压-泥水双模联络通道掘进机的实施例1中的主机在泥水模式下的示意图；

图4是本发明的土压-泥水双模联络通道掘进机的实施例1中的主机在泥水模式下进、排浆管的示意图；

图5是本发明的土压-泥水双模联络通道掘进机的实施例1在土压模式下的示意图；

图6是本发明的土压-泥水双模联络通道掘进机的实施例1在泥水模式下的示意图；

图7是拖车轨道示意图；

图8是拖车轨道的俯视图；

图9是图7在I处的局部放大图；

图10是本发明的土压-泥水双模联络通道掘进机的实施例2在泥水模式下的示意图。

图中：101、主机；11、盾体；12、土仓隔板；13、螺机支座；14、刀盘；15、传动箱；16、马达；17、调向油缸；18、进浆接头；19、进浆管；20、进浆阀；21、排浆管；22、排浆阀；23、旁通阀；24、第一机电液拖车；25、第二机电液拖车；26、主机始发拖车；27、物料中转拖车；28、泥浆泵拖车；29、泥水分离拖车；30、吊机梁；31、吊机；32、轨道；33、压块；34、主机接收拖车；35、泥水环流软管；102、螺旋输送机。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明了，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，可能出现的术语如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何实际的关系或者顺序。而且，术语如“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”等限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。

土压-泥水双模联络通道掘进机的实施例1：

如图1-9所示，该土压-泥水双模联络通道掘进机包括主机101和配套系统。

主机101的结构如图2、3所示，在本实施例中，具体采用的是顶管机主机，包括支护装置、开挖装置、驱动装置、调向装置，为了实现土压/泥水模式掘进，主机101配置了泥水环流系统和螺旋输送机102。

支护装置具体采用的是盾体11，盾体11包括前盾和尾盾，前盾中设有土仓隔板12，土仓隔板12呈环形，其外缘与前盾之间固定连接，内缘用于安装驱动装置。在土仓隔板12的底部设置了螺机支座13，螺机支座13包括与土仓隔板12固定连接的筒座，筒座的远离土仓隔板12的一端设有筒座法兰，可用于与相应的附属物固定连接。

开挖装置采用的是刀盘14，刀盘14通过驱动装置安装在前盾的土仓隔板12上，驱动装置包括传动箱15和安装于传动箱15的马达16，刀盘14通过刀盘主轴安装在传动箱15上，在马达16的驱动下，能够驱动刀盘14转动。刀盘14位于土仓隔板12前方，与土仓隔板12之间形成了土仓，掘进过程中产生的渣土、泥水等将会集中在土仓中，然后排出。

调向装置采用的是调向油缸17，调向油缸17的前端与前盾铰接，后端与尾盾铰接，前盾、尾盾之间设置有多个调向油缸17，通过各调向油缸17的互相配合，能够驱使前盾相对于尾盾偏摆一定的角度，进而实现掘进时的调向。

泥水环流系统包括进浆装置和排浆装置，进浆装置包括进浆接头18、进浆管19和进浆阀20，进浆接头18固定连接在土仓隔板12的上部，远离土仓隔板12的一端设有接头法兰，进浆管19与进浆接头18之间通过法兰连接，进浆阀20设在进浆管上。

排浆装置包括排浆管21，排浆管21以土仓隔板12上的螺机支座13为排浆接头，其上安装有排浆阀22，与进浆管19之间设有旁通阀23，排浆管21与螺机支座13之间通过法兰可拆连接，排浆阀22可用于控制排浆管21的通断，旁通阀23是进浆管和排浆管之间的阀，打开旁通阀23，进浆管19与排浆管21之间形成通路，先形成泥浆循环，建立泥浆压力，再打开进浆阀20和排浆阀22，同时关闭旁通阀23，泥浆循环通过土仓(泥水仓)形成新的环路，实现泥水模式掘进。

螺旋输送机102用于安装于土仓隔板12底部所设的螺机支座13上，在掘进机以土压模式掘进时向外排渣，螺旋输送机102的具体结构为现有技术，此处不予赘述。

配套系统包括主机后配套系统以及主机接收移动平台。主机后配套系统和主机接收移动平台用于分别布置在双线隧道的两主隧道中，用于主机的掘进始发以及掘进完成后的接收。

主机后配套系统包括自前向后依次布置的机电液模块、主机始发模块、物料中转模块以及泥水环流系统配套模块。在本实施例中，机电液模块包括第一机电液拖车24和第二机电液拖车25；主机始发模块采用的是主机始发拖车26；物料中转模块采用的是物料中转拖车27；泥水环流系统配套模块包括泥浆泵拖车28和泥水分离拖车29。其中第一机电液拖车24、第二机电液拖车25、主机始发拖车26、物料中转拖车27、泥浆泵拖车28、泥水分离拖车29依次布置。第一、第二机电液拖车用于分置主机掘进时所需的机电液系统，机电液系统的具体配置为现有技术，此处不予赘述。

主机始发拖车26上设有顶推系统、主隧道支撑系统28和泥水环流软管35。在本实施例中，顶推系统为顶管机的顶推系统，主隧道支撑系统28采用液压撑杆，作用是撑紧主隧道的洞壁，将主机始发拖车26锁定在设定的位置，主机101布置在主机始发拖车26上，位于顶推系统的前侧。

物料中转拖车27上设置有吊机梁30以及吊机31，吊机梁30的前端延伸至主机始发拖车26，后端可延伸至泥浆泵拖车28上方，吊机31沿吊机梁30行走，可以从主机始发拖车26上方移动至泥浆泵拖车28上方，在二者之间往复运动以转运物料。除了吊机31以及吊机梁30外，物料中转拖车27上还设置有第一进浆中转管路和第一排浆中转管路，分别通过泥水环流软管35与主机101的进浆管和排浆管连接，软管可以实现主机101后的进、排浆管弯转90度后与拖车上进排浆管路相连，主机101的管路随着主机101掘进，增加新的管路，向后延伸。

泥浆泵拖车28上设置有进浆泵和排浆泵，进浆泵通过第二进浆中转管路与第一进浆中转管路连接，排浆泵通过第二排浆中转管路与第一排浆中转管路连接。

泥水分离拖车29上设有泥水分离装置，泥水分离装置通过第三排浆中转管路与第二排浆中转管路连接，用于对从排浆泵排出的泥浆进行泥水分离，分离出的干渣和废水可通过渣土车运送至隧道外。同时，泥水分离拖车29上还设有主进浆管，主进浆管的前端与第二进浆中转管路连接，后端延伸至主隧道始发井。

泥水分离拖车29与泥浆泵拖车28之间还设有连续的轨道32，轨道32通过相应的压块33固定在两拖车上(如图7、8、9)，前端向前铺设到泥浆泵拖车28前端，物料中转拖车27上的吊机梁30的下方，向后延伸到泥水分离拖车29后端，与隧道内的物料运输系统(物料运输小车行走轮)配套使用，使得物料可以通过泥水分离拖车29、泥浆泵拖车28运送到吊机31下方，进而通过吊机31向前通过物料中转拖车27和主机始发拖车26，将管片等物料运送到主机始发拖车26或联络通道洞口处。

主机接收移动平台设于另一主隧道中，用于接收掘进完成的主机101，具体采用的是主机接收拖车34，其结构为现有基础，此处不予赘述。

如图3、5所示，该土压-泥水双模联络通道掘进机有土压模式和泥水模式两种工作模式。由于联络通道里程短，地质条件不会发生明显变化，一般已经通过前期的勘察知晓，在准备下入主隧道之前，施工方可在地面选择土压-泥水双模联络通道掘进机的工作模式。如图2所示，当联络通道处于浅水地层等地质条件下时，采用土压模式掘进，在土压模式下，可在地面上将主机上的进浆阀和排浆阀关闭，将螺旋输送机安装在螺机支座内，将主机后配套拖车系统配套拖车系统的泥浆泵拖车和泥水分离拖车留在地面，其余部分通过主隧道始发井下入隧道(如图5)，移动至联络通道位置，便可进行开挖。

如图3、4、6所示，当联络通道处于高压水地层等地质条件下时，采用泥水模式掘进，在泥水模式下，可在地面上将螺旋输送机拆卸，将排浆装置与螺机支座连接，主机后配套拖车系统泥浆泵拖车和泥水分离拖车随主机始发拖车一起投入使用，通过主隧道始发井下入隧道(如图6)，移动至联络通道位置，便可进行开挖。

通常，土压模式能够适应大多数联络通道的施工工况，少数大埋深高水压联络通道需要采用泥水模式施工。联络通道一般比较短，一个标段内包含几条联络通道，当标段内有一条联络通道水压较大时，本发明所述土压-泥水双模联络通道掘进机，可在地面快速切换土压平衡和泥水平衡两种掘进模式，适用范围更广，综合施工成本更低。

土压-泥水双模联络通道掘进机的实施例2：

在土压-泥水双模联络通道掘进机的实施例1中，泥浆泵拖车29与泥水分离拖车之间通过较短的管路直接连接，泥水分离装置在主隧道内完成泥浆的泥水分离。如图10所示，在本实施例中，配套系统的泥浆泵拖车与泥水分离拖车之间设置了中继泵，从而将泥水分离拖车29设在了主隧道始发井口的地面上。当然，在其它实施例中，

土压-泥水双模联络通道掘进机的实施例3：

在土压-泥水双模联络通道掘进机的实施例1、2中，主机均采用的是顶管机主机，在本实施例中，主机采用的是盾构机主机，其以配套的撑靴及撑靴油缸实现推进。

土压-泥水双模联络通道掘进机的实施例4：

在土压-泥水双模联络通道掘进机的实施例1、2、3中，轨道通过压块固定在泥浆泵拖车和泥水分离拖车上，在本实施例中，轨道通过螺栓固定。当然，在其它实施例中，轨道还可以通过焊接等方式固定。

土压-泥水双模联络通道掘进机的实施例5：

在土压-泥水双模联络通道掘进机的实施例1、2、3、4中，泥浆泵拖车和泥水分离拖车上通过设置轨道形成了物料转运装置，在本实施例中，泥浆泵拖车和/或泥水分离拖车上设置了起重机，以其为物料转运装置。

土压-泥水双模联络通道掘进机的实施例6：

在土压-泥水双模联络通道掘进机的实施例1-5中，进浆管一直与进浆接头连接，通过进浆阀来控制其通断，在本实施例中，进浆接头设置了封盖，土压模式下，可将进浆管拆卸，通过封盖将进浆接头封堵。

土压-泥水双模联络通道掘进机的实施例7：

在土压-泥水双模联络通道掘进机的实施例1-6中，机电液模块、主机始发模块、物料中转模块以及泥水环流系统配套模块分别被设在了不同的拖车底盘上，在本实施例中，根据现场情况对上述机电液模块、主机始发模块、物料中转模块的拖车进行了重新配置，上述各模块可共用拖车。同理，泥水环流系统配套模块的泥浆泵拖车28和泥水分离拖车29也可以进行整合。

Claims (12)

1.一种土压-泥水双模联络通道掘进机，其特征在于，包括主机(101)及其配套系统，所述主机(101)包括支护装置、开挖装置及驱动装置，所述开挖装置后方设有土仓，所述土仓后侧配置有用于出渣的螺旋输送机(102)和泥水环流系统，所述配套系统包括主机后配套系统和主机接收移动平台，所述主机后配套系统包括机电液模块、主机始发模块(26)、物料中转模块(27)和泥水环流系统配套模块，所述泥水环流系统配套模块为选装模块，并配置有用于从后端向物料中转模块传递物料的物料中转装置。

2.根据权利要求1所述的土压-泥水双模联络通道掘进机，其特征在于，所述泥水环流系统包括进浆管(19)和排浆管(21)，所述土仓的土仓隔板上设有用于与进浆管(19)连接的进浆接头(18)以及用于与排浆管(21)连接的排浆接头。

3.根据权利要求2所述的土压-泥水双模联络通道掘进机，其特征在于，所述进浆接头(18)上设有用于与进浆管(19)连接的可拆连接结构，所述排浆接头上设有用于与排浆管(21)可拆连接的可拆连接结构。

4.根据权利要求2或3所述的土压-泥水双模联络通道掘进机，其特征在于，所述排浆管(21)以所述螺旋输送机(102)配套的螺机支座(13)为排浆接头。

5.根据权利要求2或3所述的土压-泥水双模联络通道掘进机，其特征在于，进浆管(19)上设有用于控制通断的进浆阀(20)，所述排浆管(21)上设有用于控制通断的排浆阀(22)。

6.根据权利要求2或3所述的土压-泥水双模联络通道掘进机，其特征在于，所述排浆管(21)与进浆管(19)之间设有旁通阀(23)。

7.根据权利要求1-3任一项所述的土压-泥水双模联络通道掘进机，其特征在于，所述泥水环流系统配套模块包括泥浆泵拖车(28)和泥水分离拖车(29)。

8.根据权利要求7所述的土压-泥水双模联络通道掘进机，其特征在于，所述泥水分离拖车(29)为用于布置在主隧道始发井井上的地面拖车。

9.根据权利要求8所述的土压-泥水双模联络通道掘进机，其特征在于，所述泥浆泵拖车(28)与所述泥水分离拖车(29)之间设有中继泵。

10.根据权利要求7所述的土压-泥水双模联络通道掘进机，其特征在于，所述物料中转装置为设于所述泥浆泵拖车(28)和泥水分离拖车(29)上的，用于主隧道内的物料运输系统配套使用的轨道(32)。

11.根据权利要求10所述的土压-泥水双模联络通道掘进机，其特征在于，所述的轨道(32)通过压块(33)固定安装于所述泥浆泵拖车(28)和泥水分离拖车(29)上。

12.根据权利要求1-3任一项所述的土压-泥水双模联络通道掘进机，其特征在于，所述主机始发模块(26)以及物料中转模块(27)上分别设有用于连接泥水环流系统配套拖车与土仓的泥浆中转管路。

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